JP2017148004A - Nucleic acid amplification reaction apparatus and nucleic acid amplification reaction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、核酸増幅反応装置および核酸増幅反応方法に関する。 The present invention relates to a nucleic acid amplification reaction apparatus and a nucleic acid amplification reaction method.
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、PCR(Polymerase Chain Reaction)法などの技術が広く普及している。今日では、PCR法は生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。 In recent years, gene-based medical care such as gene diagnosis and gene therapy has attracted attention due to the development of gene utilization technology, and many methods using genes for variety discrimination and variety improvement have been developed in the field of agriculture and livestock. . As a technique for utilizing a gene, a technique such as a PCR (Polymerase Chain Reaction) method is widely used. Today, PCR has become an indispensable technique for elucidating information on biological materials.
PCR法は、増幅の対象とする核酸(標的核酸)および試薬を含む溶液(反応液)に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、2段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。PCR法においては、2段階または3段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。 The PCR method is a method of amplifying a target nucleic acid by subjecting a solution (reaction solution) containing a nucleic acid (target nucleic acid) to be amplified and a reagent to thermal cycling. The thermal cycle is a process in which two or more stages of temperature are periodically applied to the reaction solution. In the PCR method, a method of applying a two-stage or three-stage thermal cycle is common.
例えば特許文献1には、反応液滴と、反応液滴と混和せず反応液よりも比重の小さい液体(オイル等)とが、充填された反応容器を、回転軸の回りに回転させ、比重差により反応液を移動させて熱サイクルを行う核酸増幅反応装置が記載されている。 For example, in Patent Document 1, a reaction vessel filled with reaction droplets and a liquid (oil or the like) that is immiscible with the reaction droplets and has a specific gravity smaller than that of the reaction solution is rotated around the rotation axis, and the specific gravity is increased. A nucleic acid amplification reaction apparatus is described in which a reaction solution is moved by the difference and thermal cycling is performed.
しかしながら、特許文献1に記載の核酸増幅反応装置では、重力により反応液が移動しているため、反応液の移動速度には限界があり、PCRの高速化が困難な場合があった。 However, in the nucleic acid amplification reaction apparatus described in Patent Document 1, since the reaction solution is moved by gravity, the moving speed of the reaction solution is limited, and it may be difficult to increase the PCR speed.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、PCRの高速化を図ることができる核酸増幅反応装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、PCRの高速化を図ることができる核酸増幅反応方法を提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a nucleic acid amplification reaction apparatus capable of increasing the speed of PCR. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a nucleic acid amplification reaction method capable of increasing the speed of PCR.
本発明に係る核酸増幅反応装置は、
流路に反応液が配置された反応容器を装着可能な装着部と、
前記流路の長手方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
前記装着部を前記長手方向の成分を含む方向に移動させて、前記反応液を前記流路の前記長手方向に相対的に移動させる移動機構と、
を含む。
The nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention comprises:
A mounting portion on which a reaction vessel in which a reaction solution is arranged in a flow path can be mounted;
A temperature gradient forming section for forming a temperature gradient in the longitudinal direction of the flow path;
A moving mechanism for moving the mounting portion in a direction including the component in the longitudinal direction and relatively moving the reaction solution in the longitudinal direction of the flow path;
including.
このような核酸増幅反応装置では、例えば重力のみによって反応液を移動させてPCRを行う場合に比べて、移動機構によって装着部を移動させる速度を速くすることができ、反応液の移動速度を速くすることができる。したがって、このような核酸増幅反応装置では、PCRの高速化を図ることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, for example, compared with the case where PCR is performed by moving the reaction solution only by gravity, the moving part can be moved faster by the moving mechanism, and the moving speed of the reaction solution can be increased. can do. Therefore, in such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the speed of PCR can be increased.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記移動機構は、前記装着部を揺動させてもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The moving mechanism may swing the mounting portion.
このような核酸増幅反応装置では、反応液を、温度勾配が形成された流路の長手方向に往復させることができ、反応液に温度サイクルを施すことができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the reaction solution can be reciprocated in the longitudinal direction of the flow path in which the temperature gradient is formed, and the reaction solution can be subjected to a temperature cycle.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記移動機構は、前記装着部を前記長手方向に移動させてもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The moving mechanism may move the mounting portion in the longitudinal direction.
このような核酸増幅反応装置では、反応液を、温度勾配が形成された流路の長手方向に、より確実に移動させることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the reaction solution can be moved more reliably in the longitudinal direction of the flow path in which the temperature gradient is formed.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記長手方向は、水平方向であってもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The longitudinal direction may be a horizontal direction.
このような核酸増幅反応装置では、反応液に温度サイクルを施している間、反応液に作用する重力は一定であるため、移動機構による装着部の移動速度の調整(移動速度の設定)を、容易に行うことができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the gravity acting on the reaction solution is constant while the reaction solution is subjected to a temperature cycle. Therefore, adjustment of the moving speed of the mounting part by the moving mechanism (setting of the moving speed) It can be done easily.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記長手方向は、水平方向に対して傾いた方向であり、
前記流路は、
第1温度領域と、第1温度領域よりも温度が低い第2温度領域と、を有し、
前記第2温度領域は、前記第1温度領域よりも、重力が作用する方向において下に位置してもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The longitudinal direction is a direction inclined with respect to the horizontal direction,
The flow path is
A first temperature region and a second temperature region having a temperature lower than that of the first temperature region;
The second temperature region may be located below the first temperature region in a direction in which gravity acts.
このような核酸増幅反応装置では、第2温度領域に位置している反応液の蛍光測定を行う際に、重力によって反応液の移動を抑制することができる。これにより、核酸増幅反応装置では、蛍光の輝度のばらつきを小さくすることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the movement of the reaction solution can be suppressed by gravity when performing fluorescence measurement of the reaction solution located in the second temperature region. Thereby, in the nucleic acid amplification reaction apparatus, the variation in the luminance of the fluorescence can be reduced.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記反応容器は、前記反応液と混和しない液体で充填されていてもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The reaction vessel may be filled with a liquid that is immiscible with the reaction solution.
このような核酸増幅反応装置では、反応液を液滴の状体にすることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the reaction solution can be made into droplets.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記移動機構は、前記長手方向の成分を含む方向の前記装着部の移動速度を変化させて、前記反応液に加速度を付与してもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The moving mechanism may impart acceleration to the reaction liquid by changing a moving speed of the mounting portion in a direction including the longitudinal component.
このような核酸増幅反応装置では、加速度によって、反応液を流路に対して相対的に移動させることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the reaction solution can be moved relative to the flow path by acceleration.
本発明に係る核酸増幅反応装置において、
前記移動機構は、前記反応液に、重力加速度よりも大きい加速度を付与してもよい。
In the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention,
The moving mechanism may impart an acceleration larger than a gravitational acceleration to the reaction solution.
このような核酸増幅反応装置では、よりいっそうPCRの高速化を図ることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction apparatus, the speed of PCR can be further increased.
本発明に係る核酸増幅反応方法は、
反応液が配置された流路の長手方向に温度勾配を形成する工程と、
前記流路を有する反応容器を前記長手方向の成分を含む方向に移動させて、前記反応液を前記流路の前記長手方向に相対的に移動させる工程と、
を含む。
The nucleic acid amplification reaction method according to the present invention comprises:
Forming a temperature gradient in the longitudinal direction of the flow path in which the reaction solution is disposed;
Moving the reaction vessel having the flow path in a direction including the component in the longitudinal direction, and moving the reaction liquid relatively in the longitudinal direction of the flow path;
including.
このような核酸増幅反応方法では、例えば重力のみによって反応液を移動させてPCRを行う場合に比べて、反応液の移動速度を速くすることができる。したがって、このような核酸増幅反応方法では、PCRの高速化を図ることができる。 In such a nucleic acid amplification reaction method, for example, the moving speed of the reaction solution can be increased compared to the case where PCR is performed by moving the reaction solution only by gravity. Therefore, in such a nucleic acid amplification reaction method, the speed of PCR can be increased.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1. 核酸増幅反応装置
1.1. 構成
まず、本実施形態に係る核酸増幅反応装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る核酸増幅反応装置100を模式的に示す断面図である。なお、図1では、重力の作用する方向(以下、「重力作用方向」ともいう)であって、下方向を矢印gで示し、重力作用方向と直交する水平方向を矢印hで示している。
1. Nucleic acid amplification reaction apparatus 1.1. Configuration First, the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nucleic acid
核酸増幅反応装置100は、図1に示すように、反応容器10を装着可能な加熱部20,22と、蛍光測定部30と、支持部40と、移動機構50と、制御部60と、を含む。図1では、加熱部20,22に、反応容器10が固定された状態を示している。なお、便宜上、図1では、移動機構50および制御部60を機能ブロックとして示している。
As shown in FIG. 1, the nucleic acid
反応容器10は、流路12を有している。流路12は、反応容器10の底部14から蓋部16まで直線状に設けられている。流路12は、例えば、底部14の中心と蓋部16の中心とを結ぶ直線に平行な方向を、長手方向Lとしている。図示の例では、長手方向Lは、水平方向hである(水平方向hと平行である)。
The
流路12には、反応液4および液体6が配置されている。図示の例では、流路12は、反応液4および液体6で充填されている(満たされている)。反応液4は、液体6の中に液滴の状態で保持されている。図示の例では、反応液4の形状は、球である。反応液4は、液体6よりも比重が大きい。反応液4は、反応容器10の移動に伴い、流路12を、反応容器10に対して相対的に移動する。反応液4は、例えば、PCRによって増幅されるDNA(標的核酸)、DNAを増幅するために必要なDNAポリメラーゼなどの酵素、プライマー、および核酸の増幅産物を検出するための蛍光プローブ等を含む。
The
反応液4の体積は、例えば、0.1μL以上5μL以下であり、好ましくは、1μL程度である。反応液4の体積を0.1μL以上にすることにより、反応液4の質量に対する表面積の割合を抑え、ひいては液体6との摩擦抵抗を抑えることができるので、反応液4が液体6の中をスムーズに移動することができる。そのため、反応液4を所望の温度に制御することが可能となる。一方、反応液4の体積を5μL以下にすることにより、反応液
4の温度変化にかかる時間を短く抑えることができ、PCRの高速化を実現することができる。また、反応容器10の内径を必要以上に大きくする必要がなく、装置の小型化にも寄与する。
The volume of the
液体6は、反応液4とは混和しない、すなわち混ざり合わない液体である。液体6は、反応液4よりも比重が小さい。液体6は、例えば、ジメチルシリコーンオイル、パラフィンオイルなどである。
The
なお、液体6は、流路12に配置されていなくてもよい。すなわち、反応容器10内に液体6は、存在していなくてもよい。この場合、反応液4は、液滴の状態とならず、例えば不定形な形状で、流路12を、反応容器10に対して相対的に移動する。
The
反応容器10の材質は、例えば、ガラス、高分子、金属などである。反応容器10の内径は、例えば、2mm以上3mm以下である。図示の例では、反応容器10の底部14は、放物面である底面を有している。
The material of the
第1加熱部20および第2加熱部22は、図示しないヒーターから発生した熱を、流路12に伝える部材である。加熱部20,22は、例えば、反応容器10に接している。加熱部20,22は、例えば、互いに離間して設けられている。加熱部20,22は、流路12の長手方向に沿って、並んで設けられている。反応容器10は、加熱部20,22に固定されている。
The
第1加熱部20および第2加熱部22は、例えば、アルミニウム製のヒートブロックである。ヒートブロックをアルミニウム製とすることで、反応容器10を効率よく加熱することができる。
The
第1加熱部20には、第1開口部21が設けられている。流路12は、第1温度領域12aを有している。第1温度領域12aは、流路12の第1開口部21内に位置する部分である。第1開口部21は、第1加熱部20を貫通する貫通孔である。図示の例では、第1開口部21内に蓋部16の一部が位置している。
The
第1加熱部20は、第1温度領域12aを第1温度に加熱可能である。具体的には、第1加熱部20は、第1温度領域12aに位置する反応液4や液体6を、第1温度に加熱可能である。第1温度は、例えば、90℃以上110℃以下であり、好ましくは105℃である。第1温度は、PCRにおいて、変性(2本鎖DNAの解離)に適した温度である。
The
第2加熱部22には、第2開口部23が設けられている。流路12は、第1温度領域12aと異なる第2温度領域12bを有している。第2温度領域12bは、流路12の第2開口部23内に位置する部分である。第2開口部23は、第2加熱部22を貫通する貫通孔である。図示の例では、第2開口部23内に底部14が位置している。第2開口部23が貫通孔であることにより、蛍光測定部30は、第2温度領域12bに光を照射して蛍光測定を行うことができる。
The
なお、図示はしないが、蛍光測定部30により蛍光測定を行わない場合は、第2開口部23は有底の穴であり、底部14は第2加熱部22に覆われていてもよい。これにより、反応容器10と第2加熱部22との接触面積を増やすことができ、第2加熱部22は、第2温度領域12bを、より所望の温度に加熱することができる。
Although not shown, when the
第2加熱部22は、第2温度領域12bを第2温度に加熱可能である。具体的には、第2加熱部22は、第2温度領域12bに位置する反応液4や液体6を、第2温度に加熱可
能である。第2温度は、第1温度と異なる温度である。具体的には、第2温度は、第1温度よりも低く、例えば、50℃以上70℃以下であり、好ましくは54℃である。したがって、第2温度領域12bは、第1温度領域12aよりも温度が低い。第2温度は、PCRにおいて、アニーリング(プライマーが1本鎖DNAに結合する反応)および伸長反応(プライマーを始点としてDNAの相補鎖が形成される反応)に適した温度である。
The
第1加熱部20および第2加熱部22の温度は、図示せぬ温度センサーおよび制御部60によって制御されていてもよい。開口部21,23がそれぞれ設けられた加熱部20,22は、反応容器10を装着可能な装着部である。上記のように第1温度および第2温度は、互いに異なる温度であるため、加熱部20,22は、流路12の長手方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部である。上記のように第1温度の方が第2温度よりも高い場合は、流路12には、第1温度領域12aから第2温度領域12bに向けて徐々に温度が低くなる温度勾配が形成される。
The temperatures of the
蛍光測定部30は、反応液4に光を照射し、反応液4から放出される蛍光(反応液4の蛍光)を検出する。蛍光測定部30は、反応容器10の底部14と対向した位置に設けられている。反応容器10の材質は、蛍光測定部30から射出される光、および反応液4の蛍光を透過可能な材料である。蛍光測定部30は、例えば反応液4が底部14に接している場合に、反応液4に光を照射することができる。蛍光測定部30は、PCRを行っている間、光を射出し続けてもよい。
The
支持部40は、加熱部20,22および蛍光測定部30を支持している。加熱部20,22および蛍光測定部30は、支持部40に固定されている。支持部40は、第1部分42と、第2部分44と、第3部分46と、を有している。第1部分42は、蛍光測定部30を支持している。第1部分42の形状は、例えば、直方体である。第2部分44および第3部分46は、加熱部20,22および第1部分42を挟持して支持している。第2部分44および第3部分46の形状は、例えば、板状である。なお、支持部40の形状は、加熱部20,22および蛍光測定部30を支持することができれば、特に限定されない。また、支持部40の材質についても、特に限定されない。
The
移動機構50は、制御部60により制御されて、支持部40を移動させる機構である。移動機構50は、支持部40を移動させることにより、反応容器10、加熱部20,22、および蛍光測定部30を長手方向Lの成分を含む方向に(図示の例では長手方向Lに)移動させて、反応液4を反応容器10に対して(流路12に対して)流路12の長手方向Lに相対的に移動させる。移動機構50は、例えば、支持部40を(反応容器10、加熱部20,22、および蛍光測定部30を)揺動(振動、往復運動)させる。これにより、反応容器10は、長手方向Lに沿って往復し、反応液4は、流路12の第1温度領域12aおよび第2温度領域12bを往復する。なお、反応液4の動きについては、「1.2.
核酸増幅反応方法」で詳細に説明する。移動機構50は、例えば、長手方向Lの成分を含む方向の支持部40の(加熱部20,22の)移動速度を変化させて、反応液4に加速度を付与する。移動機構50は、反応液4に、重力加速度よりも大きい加速度を付与してもよい。
The
This will be described in detail in “Nucleic acid amplification reaction method”. For example, the moving
移動機構50としては、例えば、支持部40を挟持する挟持部(図示せず)と、挟持部を振動させるモーター(図示せず)と、を備えた部材を用いる。移動機構50による支持部40の振動の周期は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。なお、移動機構50としては、支持部40を移動させて、反応液4を反応容器10に対して相対的に移動させることができれば、その形態は特に限定されない。
As the moving
制御部60は、移動機構50を制御する。制御部60は、例えば、CPU(Centr
al Processing Unit)および記憶部(ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory))を含んで構成されている。記憶部には、例えば、移動機構50を制御するための各種プログラム、データ等が記録されている。記憶部は、例えば、制御部60が行う各種処理の処理中のデータや処理結果等を一時的に記録する。
The
al Processing Unit) and a storage unit (ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory)). In the storage unit, for example, various programs and data for controlling the moving
制御部60の記録部には、蛍光測定部30の検出結果が保存されてもよい。制御部60は、蛍光測定部30で検出された蛍光の輝度(蛍光輝度)に基づいて、例えばPCRの核酸の増幅曲線を取得し、PCRの温度サイクルの回数を決定することができる。
The detection result of the
1.2. 核酸増幅反応方法
次に、本実施形態に係る核酸増幅反応方法について、図面を参照しながら説明する。以下では、核酸増幅反応装置100を用いた核酸増幅反応方法について説明する。図2は、核酸増幅反応装置100を用いた核酸増幅反応方法を説明するための模式図である。図3は、核酸増幅反応装置100を用いた核酸増幅反応方法を説明するためのフローチャートである。なお、便宜上、図2では、移動機構50および制御部60の図示を省略している。
1.2. Nucleic Acid Amplification Reaction Method Next, a nucleic acid amplification reaction method according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a nucleic acid amplification reaction method using the nucleic acid
まず、反応液4および液体6が充填された反応容器10を、加熱部20,22に固定する(ステップS102)。具体的には、反応容器10を、開口部21,23に挿入することによって、加熱部20,22に固定する。反応液4および液体6は、例えば、反応容器10内に注入された後、蓋部16を締めることによって反応容器10内に充填される。なお、加熱部20,22の各々は、二分割されたヒートブロックからなり、反応容器10を、該ヒートブロックで挟み込むことによって加熱部20,22に固定してもよい。
First, the
ステップS102において、反応液4は、図2の(A)に示すように、流路12の第1温度領域12aに位置している。図2の(A)に示す例では、反応液4は、蓋部16に接して配置されている。
In step S102, the
次に、加熱部20,22によって、反応容器10を加熱し、流路12の長手方向Lに温度勾配を形成する(ステップS104)。具体的には、第1加熱部20は、流路12の第1温度領域12aを第1温度に加熱する。第2加熱部22は、流路12の第2温度領域12bを第2温度に加熱する。これにより、第1温度領域12aから第2温度領域12bへ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。
Next, the
ステップS104において、反応液4は、図2の(A)に示すように、第1温度領域12aに位置している。したがって、反応液4は、第1温度に加熱され、反応液4に対して第1温度における反応(変性)が行われる。
In step S104, the
次に、制御部60は、移動機構50を制御して、反応液4を第1温度領域12aから第2温度領域12bに移動させる(ステップS106)。具体的には、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40を(反応容器10を)長手方向L(図示の例では長手方向Lの一方の方向L1)に移動させる(図2の(A)に示す状態から図2の(B)に示す状態にする)。その後、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40の移動を停止させる(図2の(B)に示す状態から図2の(C)に示す状態にする)。すなわち、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40の移動方向と逆向きの加速度を、反応液4に付与する。支持部40の移動の停止、または減速により、反応液4には慣性力が働き、反応液4は、反応容器10に対して(流路12に対して)長手方向Lに相対的に移動して、第1温度領域12aから第2温度領域12bに移動する。図2の(C)に示す例では、反応液4は、底部14に接して配置されている。移動機構50は、反応液4を第1温
度領域12aから第2温度領域12bに移動させる際に、反応液4に、重力加速度よりも大きい加速度を付与してもよい。
Next, the
本実施形態において、ステップS104に続いてステップS106が行われる場合、すなわち、1回目のステップS106が行われる場合は、制御部60は、図示しない温度センサー(第1加熱部20に接続された温度センサー)が所定の温度に達してから所定時間が経過したと判定した場合に、反応液4を第1温度領域12aから第2温度領域12bに移動させる。
In this embodiment, when step S106 is performed subsequent to step S104, that is, when the first step S106 is performed, the
反応液4が第2温度領域12bに位置している間、反応液4は、第2温度に加熱され、反応液4に対して第2温度における反応(アニーリングおよび伸長反応)が行われる。
While the
次に、制御部60は、蛍光測定部30によって検出された蛍光輝度が所定値以上か否か判定する(ステップS108)。具体的には、制御部60は、図2の(C)に示すように、反応液4が第2温度領域12bに位置している間に、蛍光測定部30において検出された蛍光輝度(反応液4の蛍光輝度)を取得する。そして、制御部60は、取得した蛍光輝度が、予め記憶部に記憶された所定値以上か否か判定する。
Next, the
ステップS108において、制御部60が検出された蛍光輝度が所定値以上(Yes)と判定した場合には、制御部60は、移動機構50の駆動を停止させ、処理を完了する(END)。制御部60が検出された蛍光輝度が所定値未満(No)と判定した場合には、ステップS110へ進む。
In step S108, when the
ステップS108においてNo場合、制御部60は、移動機構50を制御して、反応液4を第2温度領域12bから第1温度領域12aに移動させる(ステップS106)。具体的には、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40を長手方向L(図示の例では長手方向Lの他方の方向L2)に移動させる(図2の(C)に示す状態から図2の(D)に示す状態にする)。その後、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40の移動を停止させる(図2の(D)に示す状態から図2の(A)に示す状態にする)。すなわち、制御部60は、移動機構50を制御して、支持部40の移動方向と逆向きの加速度を、反応液4に付与する。支持部40の移動の停止、または減速により、反応液4には慣性力が働き、反応液4は、反応容器10に対して長手方向Lに相対的に移動して、第2温度領域12bから第1温度領域12aに移動する。移動機構50は、反応液4を第2温度領域12bから第1温度領域12aに移動させる際に、反応液4に、重力加速度よりも大きい加速度を付与してもよい。
If No in step S108, the
次に、再びステップS106が開始される。そして、制御部60は、ステップS108において蛍光輝度が所定値以上(Yes)と判定するまで、一定の周期で、支持部40を揺動させる。例えば、この温度サイクルを50回転(50サイクル)以上行うことによりPCRを完了させることができる。
Next, step S106 is started again. Then, the
なお、反応液4が第1温度領域12aから第2温度領域12bに移動し、さらに、第2温度領域12bから第1温度領域12aに移動した場合に、温度サイクルが1回転とカウントされる。例えば、温度サイクルの1回転において、反応液4は、第1温度領域12aに1秒間程度位置し、第2温度領域12bに2秒間程度位置する。
When the
また、第1温度、第2温度や、支持部40の周期、加熱部20,22の大きさなどは、反応液4や液体6の種類および量、ならびに反応容器10の大きさなどを考慮して、適宜決定される、
核酸増幅反応装置100は、例えば、以下の特徴を有する。
In addition, the first temperature, the second temperature, the period of the
The nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、加熱部20,22を流路12の長手方向Lの成分を含む方向に移動させて、反応液4を反応容器10に対して(流路12に対して)長手方向Lに相対的に移動させる移動機構50を含む。そのため、核酸増幅反応装置100では、例えば重力のみによって反応液4を移動させてPCRを行う場合に比べて、移動機構50によって加熱部20,22を移動させる速度を速くすることができ、反応液4の移動速度を速くすることができる。したがって、核酸増幅反応装置100では、PCRの高速化を図ることができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、移動機構50は、加熱部20,22を揺動させる。そのため、核酸増幅反応装置100では、反応液4を、温度勾配が形成された流路12の長手方向Lに往復させることができ、反応液4に温度サイクルを施すことができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、移動機構50は、加熱部20,22を長手方向Lに移動させる。そのため、核酸増幅反応装置100では、反応液4を、温度勾配が形成された流路12の長手方向Lに、より確実に移動させることができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、長手方向Lは、水平方向である。そのため、核酸増幅反応装置100では、反応液4に温度サイクルを施している間、反応液4に作用する重力は一定であるため、移動機構50による加熱部20,22の移動速度の調整(移動速度の設定)を、容易に行うことができる。さらに、長手方向Lが水平方向に対して傾いた方向であると、重力によって反応液4が底部14に密着して反応液4が底部14から離れ難くなるという問題が生じる場合があるが、核酸増幅反応装置100では、このような問題を回避することができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、反応容器10は、反応液4と混和しない液体6で充填されている。そのため、核酸増幅反応装置100では、反応液4を液滴の状態にすることができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、移動機構50は、長手方向Lの成分を含む方向の加熱部20,22の移動速度を変化させて、反応液4に加速度を付与する。そのため、核酸増幅反応装置100では、加速度によって、反応液4を流路12に対して相対的に移動させることができる。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置100では、移動機構50は、反応液4に、重力加速度よりも大きい加速度を付与する。そのため、核酸増幅反応装置100では、よりいっそうPCRの高速化を図ることができる。
In the nucleic acid
なお、図示はしないが、核酸増幅反応装置100は、流路12を、第1温度および第2温度と異なる第3温度に加熱可能な第3加熱部を含んでいてもよい。第3温度は、例えば、第1温度よりも低く、かつ第2温度よりも高い温度である。これにより、第2温度をアニーリングに適した温度とし、第3温度を伸長反応に適した温度とするこができる。このように、アニーリングと伸長反応とを別々の温度で行うことができ、PCRの最適化を図ることができる。また、加熱部の数は、4つ以上であってもよい。
Although not shown, the nucleic acid
2. 核酸増幅反応装置の変形例
2.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第1変形例に係る核酸増幅反応装置について、図面を参照しながら説明する。図4は、本実施形態の第1変形例に係る核酸増幅反応装置200を模式的に示す断面図である。なお、図4および以下に示す図5では、重力作用方向であって下方向を
矢印gで示し、重力作用方向と直交する水平方向を矢印hで示している。また、便宜上、図4および以下に示す図5では、移動機構50および制御部60を機能ブロックとして示している。
2. 2. Modification of nucleic acid amplification reaction apparatus 2.1. First Modification Next, a nucleic acid amplification reaction apparatus according to a first modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a nucleic acid
以下、本実施形態の第1変形例に係る核酸増幅反応装置200において、上述した本実施形態に係る核酸増幅反応装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第2変形例に係る核酸増幅反応装置においても同様である。
Hereinafter, in the nucleic acid
上述した核酸増幅反応装置100では、図1に示すように、流路12の長手方向Lは、水平方向hであった。これに対し、核酸増幅反応装置200では、図4に示すように、流路12の長手方向Lは、水平方向hではない。長手方向Lは、特に限定されず、例えば、水平方向hと直交する鉛直方向でもよいが、図示の例では、長手方向Lは、水平方向hに対して傾いた方向である。第2温度領域12bは、第1温度領域12aによりも、重力作用方向gにおいて下に位置している。
In the nucleic acid
長手方向Lの水平方向hに対する傾き角θは、例えば、3°以上45°以下であり、好ましくは、5°以上15°以下である。傾き角θが3°より小さいと反応液4の蛍光を測定する際に、反応液4が動いてしまう場合がある。傾き角θが45℃より大きいと、反応液4に作用する重力が大きくなり、反応液4を第1温度領域12aに移動させることが困難になる場合がある。
The inclination angle θ of the longitudinal direction L with respect to the horizontal direction h is, for example, 3 ° to 45 °, and preferably 5 ° to 15 °. When the inclination angle θ is smaller than 3 °, the
核酸増幅反応装置200では、長手方向Lは、水平方向hに対して傾いた方向であり、第2温度領域12bは、第1温度領域12aによりも、重力作用方向gにおいて下に位置している。そのため、核酸増幅反応装置200では、第2温度領域12bに位置している反応液4の蛍光測定を行う際に、重力によって反応液4の移動を抑制することができる。これにより、核酸増幅反応装置200では、蛍光の輝度のばらつきを小さくすることができる。
In the nucleic acid
なお、第2温度領域12bに位置する反応液4の蛍光測定を行う場合は、第2温度領域12bよりも高温である第1温度領域12aに位置する反応液4の蛍光測定を行う場合よりも、正確に蛍光測定を行うことができる。例えば、インターカレータータイプの色素を用いて蛍光測定を行う場合、第1温度領域12aのような高温になる領域で、蛍光測定を行うことはできない。
In addition, when performing the fluorescence measurement of the
2.2. 第2変形例
次に、本実施形態の第2変形例に係る核酸増幅反応装置について、図面を参照しながら説明する。図5は、本実施形態の第2変形例に係る核酸増幅反応装置300を模式的に示す断面図である。
2.2. Second Modification Next, a nucleic acid amplification reaction apparatus according to a second modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a nucleic acid
上述した核酸増幅反応装置100では、図1に示すように、移動機構50は、支持部40を(反応容器10、加熱部20,22、および蛍光測定部30を)流路12の長手方向Lに移動させる。これに対し、核酸増幅反応装置300では、図5に示すように、移動機構50は、支持部40を、流路12の長手方向Lに対して傾いた方向Nに移動させる。方向Nは、長手方向Lの成分を含む方向である。すなわち、方向Nは、長手方向Lと直交する方向ではない。方向Nの長手方向Lに対する傾き角は、加熱部20,22を方向Nに移動させることにより、反応液4を長手方向Lに移動させることができれば、特に限定されないが、例えば、5°以上15°以下である。
In the nucleic acid
核酸増幅反応装置300では、移動機構50は、支持部40を、流路12の長手方向L
に対して傾いた方向Nに移動させる。そのため、核酸増幅反応装置300では、移動機構50による支持部40の移動方向の自由度を、高くすることができる。
In the nucleic acid
Is moved in a direction N inclined with respect to. Therefore, in the nucleic acid
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。 In the present invention, a part of the configuration may be omitted within a range having the characteristics and effects described in the present application, or each embodiment or modification may be combined.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
4…反応液、6…液体、10…反応容器、12…流路、12a…第1温度領域、12b…第2温度領域、14…底部、16…蓋部、20…第1加熱部、21…第1開口部、22…第2加熱部、23…第2開口部、30…蛍光測定部、40…支持部、42…第1部分、44…第2部分、46…第3部分、50…移動機構、60…制御部、100,200,300…核酸増幅反応装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記流路の長手方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
前記装着部を前記長手方向の成分を含む方向に移動させて、前記反応液を前記流路の前記長手方向に相対的に移動させる移動機構と、
を含む、核酸増幅反応装置。 A mounting portion on which a reaction vessel in which a reaction solution is arranged in a flow path can be mounted;
A temperature gradient forming section for forming a temperature gradient in the longitudinal direction of the flow path;
A moving mechanism for moving the mounting portion in a direction including the component in the longitudinal direction and relatively moving the reaction solution in the longitudinal direction of the flow path;
A nucleic acid amplification reaction apparatus comprising:
前記移動機構は、前記装着部を揺動させる、核酸増幅反応装置。 In claim 1,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the moving mechanism swings the mounting portion.
前記移動機構は、前記装着部を前記長手方向に移動させる、核酸増幅反応装置。 In claim 1 or 2,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the moving mechanism moves the mounting portion in the longitudinal direction.
前記長手方向は、水平方向である、核酸増幅反応装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the longitudinal direction is a horizontal direction.
前記長手方向は、水平方向に対して傾いた方向であり、
前記流路は、
第1温度領域と、第1温度領域よりも温度が低い第2温度領域と、を有し、
前記第2温度領域は、前記第1温度領域よりも、重力が作用する方向において下に位置する、核酸増幅反応装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The longitudinal direction is a direction inclined with respect to the horizontal direction,
The flow path is
A first temperature region and a second temperature region having a temperature lower than that of the first temperature region;
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the second temperature region is located below the first temperature region in a direction in which gravity acts.
前記反応容器は、前記反応液と混和しない液体で充填されている、核酸増幅反応装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the reaction container is filled with a liquid that is immiscible with the reaction liquid.
前記移動機構は、前記長手方向の成分を含む方向の前記装着部の移動速度を変化させて、前記反応液に加速度を付与する、核酸増幅反応装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the moving mechanism changes the moving speed of the mounting portion in a direction including the longitudinal component to give acceleration to the reaction solution.
前記移動機構は、前記反応液に、重力加速度よりも大きい加速度を付与する、核酸増幅反応装置。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The nucleic acid amplification reaction apparatus, wherein the moving mechanism imparts an acceleration larger than a gravitational acceleration to the reaction solution.
前記流路を有する反応容器を前記長手方向の成分を含む方向に移動させて、前記反応液を前記流路の前記長手方向に相対的に移動させる工程と、
を含む、核酸増幅反応方法。 Forming a temperature gradient in the longitudinal direction of the flow path in which the reaction solution is disposed;
Moving the reaction vessel having the flow path in a direction including the component in the longitudinal direction, and moving the reaction liquid relatively in the longitudinal direction of the flow path;
A nucleic acid amplification reaction method comprising:
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